Boyutu 100 nm’nin altında olan malzemelere nanomalzeme denir. Nanomalzemelerin özelliklerine bakıldığında Nanoboyutta malzemeler, makrodünyadan farklı özellikler sergiler. En bilineni, altının reaksiyona giren bir metal haline dönüşmesidir.
Nanoboyutta malzemeler hücre duvarından, kan-beyin bariyerinden geçebilecek duruma geliyor. Bunun insan sağlığına nasıl etkili olacağı belli değil. Nanomalzemelerin etrafındaki diğer malzemelerin çeşidi, yoğunluğuna göre de özelliklerini değiştirme ihtimali olduğundan dolayı, nanomalzemelein sağlığa olan etkisini araştırmak çok güç. OECD en fazla kullanılan 25 malzemeyi araştırıyor.
Günümüzde nanomalzemelerin zararlı olduğunu gösteren çalışmalar oldu. Nanogümüşün sudaki yararlı bakterileri öldürdüğü, belirli nanotüplerin asbest gibi kanserojen olduğu gibi.
Genel Bilgiler
Karbon nanotüp silindir şeklindeki bir karbon allotropudur, sırf karbon atomu içerir. S. Iijima tarafından 1991 yılında bulunmuştur. Bulunduğu zamandan bu yana bir çok araştırmanın kaynağı olmuştur. Bazı bilim adamları ise nanotüplerin Radushkevich ve Lukyanovich'in bulduğunu düşünür. Bu iki Rus bilim adamı 1952'de Sovyet Journal of Physical Chemistry dergisinde 50 tane nanotüpün resmini yayınlamışlardır.
Karbon nanotüpleri kıvrılmış grafin yüzeyi gibi düşünebiliriz. Beyaz kağıdı grafin olarak düşünürsek, boylamasına kıvırıp elde ettiğimiz silindir karbon nanotüptür. Uçları açık ya da kapalı olabilir.
Bu kadar basit bir yapıya sahip olmasına rağmen, çok karmaşık bir maddedir karbon nanotüpler. Uzunluk ve çap değerine göre fiziksel ve kimyasal özellikleri çok rahat değişebilir, kendilerine has elektriksel özelliklere sahiptirler. Isıyı iyi iletirler.
Karbon nanotüplerin uzunluk-çap oranı 1.000.000 dur. Bu oranı şöyle de hayal edebiliriz: 10 cm çapa sahip 100 km uzunluğunda bir hortumun da uzunluk-çap oranı 1.000.000'dur.
Karbon Nanotüp Çeşitleri:
Tek Katmanlı ve Çok Katmanlı Nanotüpler
Nanotüpler grafin yüzeyinin katlanması ile oluşur. Üst üste bir kaç grafin yüzeyini koyup katlarsanız; iç içe geçmiş karbon nanotüpler elde edersiniz. Bu tip nanotüplere çok katmanlı nanotüpler (ÇKNT) denir.
Bir tek grafin yüzeyini kıvırarak ise tek katmanlı nanotüp (TKNT) elde edilir. TKNT'lerin çapı genellikle bir nanometredir ve iki ucu da kapalıdır.
TKKN'lerin Katlanışına Göre Çeşitleri: Zikzak, Koltuk, Kiral
Kağıt katlama olayına geri dönelim. Bir kağıdı aslında çok farklı şekillerde katlayabilirsiniz. Görmek istiyorsanız elinize bir kağıt alın ve deneyin, eminim bulacaksınız!
Bu sınıflandırma işte bu katlama farklılığından dolayı yapılmış.
Alt taraftaki altıgen parçalar grafin yüzeyindeki karbon atomunu temsil ediyor. c vektörüne dik vektör yüzeyin kıvrılma eksenini gösteriyor. Kolaylık açısından bir deher karbon atomuna bir numara verilmiş. c vektörünun ucu nerede ise karbon nanotüpün adı da o oluyor. Mesela resimdeki nanotüp bir (2,2) nanotüpü.
Bu iki indis genellikle (n,m) şeklinde gösterilir. n=m ise, nanotüpümüz koltuk tipidir, m=0 ise, zikzak tipidir, geri kalanlar ise kiral tipindedir.
Fullerenler 1985'te Robert Curl, Harold Kroto ve Richard Smalley tarafından Sussex Üniversitesi ve Rice Üniversitesinde bulundu. Fullerenler bir karbon allotropu ailesidir. Richard Buckminster Fuller'a ithaf edildi. Küre yapılılara buckyball denir. Fullerenler tamamen karbon atomundan oluşur ve küre, ellipsoit (Dünya'yın şekline benzer) veya tüp şeklinde olabilir. Silindirik olanlarının ismi karbon nanotüptür. Yapısal olarak grafine benzerler; grafinler altıgen halkalara sahiptir, fullerenlerde beşgen halkalar da mevcuttur.
Tüp Fulleren çeşitleri:
İlk bulunan fulleren C60'tır. (60 karbondan oluşan top) Fulleren saflaştırması kimyacılar için hala büyük bir sorun ve büyük ölçüde fulleren fiyatlarını bu süreç belirliyor. 10 gr %99.9 saflıktaki C60'ın bir gramı şu an için 55$, 10 gramı 450$. Diğer fulleren örnekleri: yıldırımdan sonra oluşan iste saklanan C70, C76 ve C84 molekülleri.
Mart 2008'de fullerenlerin içinde ağırlıklarının %8'i kadar hidrojen depolayabilecekleri bulunmuştur.
Fullerenler çok reaktif yapılardır.
Nanoteknoloji dalında fullerenlerin ısı direnci ve süperiletkenlik özellikleri üzerinde çok durulmaktadır. Ayrıca fullerenlerin molekül tanıma uygulamalarında da kullanılması düşünülmektedir; mesela HIV virüsü tesbiti için.
C60'ın fiziksel özellikleri:
Ağırlık bakımından yoğunluk: 1.72 g/cm3
Moleküler yoğunluk: 1.44 x 1021/cm3
İki karbon arası ortalama uzaklık: 1.44 Å
Dış Çap: 10.18 Å
Atom başı bağlanma enerjisi: 7.4 eV
Kaynama noktası: 800 K'da süblimleşiyor
Fullerenler bir çok çözücüde çözünürler. En yaygın olanları toluen ve karbon disülfittir. Bu sıvılarda çözüldüğü zaman saf Buckminsterfullerene mor rengi, C70 kırmızı kahverengi rengi alır. Fullerenler oda sıcaklığında bir çok çözücüde çözünebilen tek karbon allotropudur.
-Bir çok araştırma fullerenlerin zehirli olmadığını ispatlamıştır.
-Fulleren Kimyası adlı Kimya biliminin alt dalı vardır.
Top Fulleren Çeşitleri:
-Buckminsterfullerene
-Bor buckyball'u
-Nanotomurcuk
-Nanotüp